化工企业液位测量仪表的应用探析

2016-02-05周雪花

中国设备工程 2016年11期

关键词：液位计浮子液位

周雪花

（新能凤凰（滕州）能源有限公司，山东枣庄 277520）

化工企业液位测量仪表的应用探析

周雪花

（新能凤凰（滕州）能源有限公司，山东枣庄 277520）

本文研究了国内外化工企业罐区液位计量检测常用方法及原理，分析了目前常用液位计量系统的应用及优缺点，针对超声波液位计、雷达液位计、光纤液位计、光电液位计、伺服式液位监测技术和磁致伸缩等测量技术，介绍了相关方法原理及应用现状，并预测了化工企业液位计量检测的发展趋势。

化工企业；液位测量；仪表应用

0　引言

随着电子信息技术、计算机技术及自动化技术的发展，研究人员开发出很多液位测量仪表，并在实际生产中发明了适用性更强、更精准的机电一体化测量仪器。针对我国化工企业生产现状，研制适合我国国情的液位计量检测技术，对于打破国外垄断，提升化工企业液位测量精度具有重大的现实意义。

1　化工企业液位测量技术发展现状

早期的液位测量技术采用机械原理，人工测量为主。国外近年来研制出新型液位测量技术，目前很多国外跨国公司都研制并装备了高精度、高稳定性、功能齐全的液位计量系统，并形成了系列化产品。我国的液位计量技术起步晚，发展也相对较慢。同国外技术相比，差距明显，具体体现在：测量精度不高、设备可靠性差、抗干扰性能不足、自主创新技术少。依照计量原理分类，大致可分为以下几种：液位计法、静压测量法、混合测量法。液位计法由于操作简单、测量准确，已成为目前应用最为广泛的计量方法。

2　典型液位测量技术研究

液位测量属于静态测量的一种，其主要原理是通过液位计计量液体位置。依据液位测量的原理不用，液位计可以分为接触式和非接触式两大类。非接触式液位计主要有雷达液位计、超声波液位计和光导液位计，测量手段是通过声、光、射线等测量液位；接触式液位计主要包括浮子式液位计、伺服式液位计、电容式液位计、磁致伸缩测量技术，主要的测量手段是通过浮子测量液位。本文重点研究了超声波液位计、雷达液位计、光纤液位计、光电液位计测量技术、伺服式液位计量技术、磁致伸缩测量技术相关技术原理及应用情况。

（1）光纤液位计、光电液位计测量技术。光纤液位计通过在传统的力学平衡理论的基础上，运用先进的光纤传感技术，能够实现储油罐液位的实时测量。在信号的传输过程中通过电磁耦合装置、光学编码器、光电信号转换器实现电信号和光信号的相互转换。光纤液位计的测量原理是：浮子和与之联动的绳索、锤子随着液位上下浮动，通过精确计量变径轮，在磁力耦合装置的带动下，产生电信号。光电信号井光缆传输，在光电变送器进行光信号向电信号的转变，并进行校准及信号放大。经二次仪表分析，就可以得到液位精确数据。光电液位计量将光电技术和微电子技术运用于液位测量中，其测量原理是在力学平衡原理的基础上，采用红外光电技术进行测量，并且在测量及计算过程中运用了多种手段进行误差补偿和修正。

（2）伺服式液位计量技术。伺服式液位计量系统主要部分包括：浮子、电路系统、灵敏度校正系统和伺服式电机。伺服液位计是现阶段化工企业公认的高精度液位计，其系统测量精度主要取决于液位测量的较高精度和非实时测量的水位结合密度测量数据，以及多点温度测量得到的平均温度数据。能测量的参数包括液位、温度和密度，液位精度可到1mm，温度测量精度在±0.1℃。

（3）磁致伸缩测量技术。磁致伸缩式液位计是一种可进行连续液位、界面测量的液位计，同时能够提供高清晰度的模拟信号用于监测和控制。其主要测量部分由两个浮子和一个传感器测杆组成，同时配备有永久磁铁，浮子磁铁、传输部分和检测部分，对双界面都有较好的测量精度，属于一种接触式液位测量系统，具有较高的测量精度。具体测量原理是：由两个浮子分别检测油水界面和油气界面，制作的浮子密度分别在油密度和水密度之间，小于油的密度，这样两浮子在随着测杆移动过程中就能检测两界面位置。非磁性传感管内的磁致伸缩线是信号产生的关键部件，用于产生信号的压磁传感器就安装在次之伸缩线内，计时压磁传感器以固定频率发出脉冲信号。浮子内部安装永久磁铁，形成一个磁场；检测脉冲沿测杆内波导丝传播会形成一个旋转磁场，两磁场相互作用产生一个电流脉冲，脉冲电流与返回电流脉之间存在一个时间差，智能化的电子计算装置记录并计算信号发生与返回之间的时间差，可以精确地确定浮子所在的位置，即液面的位置。

磁致伸缩测量技术的优势在于：①测量原理更加先进，因而仪器理论测量精度更高；②可测量参数更多，对于化工企业灌区测量中的液位高度、油水界面情况、油品温度分布等都可进行测量；③测量分辨率更高，常用磁致伸缩测量仪器进行液位测量时分辨能力可达到0.001mm；④数据传输更加稳定，由于运用了数字信号传输，并结合ModBus数字通讯协议，信号稳定性得到很大提升，传输距离在2000米以内具有很好的保真度；⑤可与多种终端配和使用，兼容性好；⑥仪器性能稳定，日常维护工作量小，安全隐患得以降低。

（4）超声波及雷达测量技术。超声波技术主要是通过测量声波时差，并结合介质中声波的传播速度，计算液位高度。在此过程中要进行声波信号和电信号的相互转换。超声波测量技术优点是：机械波的界面反射信号强，衰减小，测稳定性好，适应性强，安装和检测较为简单；缺点是声波传播速度影响因素较多，故而精度较低，需要多次测量标定。雷达技术是通过天线或雷达探头，发射出连续的高频信号，高频信号通过导管或者直接到达被测液体表面，在被测液体表面发生反射作用，反射信号通过接收器进行接收，计算信号发射和接收过程中的时间差，结合传播速度就可以得出液位高度。其优点是：测试稳定性好，测量精确度较高，在测试环境存在污染，测试液体粘度较高的条件下适用性好，维护成本低。

3　化工企业液位测量技术在的问题

光纤液位计、光电液位计测量技术的主要缺点在于：液位测量范围相对较窄，制作成本高，使用寿命较短，企业使用成本高。同时污浊液体、粘稠液体可能污染或者粘附在探测器表面，干扰测量精度。伺服式液位测量系统内伺服电机功耗较大，一般需要220V交流电压供电，在油气集聚的油库中使用，安全隐患较大；为满足伺服式液位计精度要求，与之配套的温度测量元件等其他仪表较为固定，系统整体兼容性差；系统故障排除需要高水平专业人员进行，人员配备成本高，维护周期长。化工企业在运用磁致伸缩式液位计过程中发现磁致伸缩式液位计受其中液位计测量原理精度限制，在宽范围内测量时，精度降低，不适合作为大量程储油罐计量系统使用。在黏度较高液体和泥浆中测量精度下降，由于天线浸入被测液体中，在液体压力较大、存在自聚现象、有毒及腐蚀性液体中应用效果较差。浮子在随着液位上下移动过程中容易被卡。